伺服电机测试实验平台设计与实现

26 集成电路应用 第 39 卷 第 2 期（总第 341 期）2022 年 2 月 Research and Design 研究与设计

不良环境下远程无线宽带传输天线对准的难题，满足相关专业行业、地域等领域的需要。1 电路设计原理采用高性能的微处理器和先进的动力学解算与卡尔曼滤波算法，通过PID运算后，能够在动态环境下准确输出模块的当前姿态，姿态测量精度高，稳定性能好。主控制器采用美国NI的产品，型号为SBRIO9637，自平衡平台系统通过陀螺仪对角度状态参数的实时测量，反作用于水平XY分量方向上的位移和角度(角速度)的偏移量，通过控制器进行整体控制，通过伺服驱动器驱动伺服电机作用于十字滑台，从而使系统（天线杆体）保持水平平衡（类似原理不倒翁原理）；在天线杆体位移过程中的旋转偏移通过角度（指北仪）传感器跟踪补正，通过Z轴伺服控制系统进行相关控制。自平衡平台系统采用自动控制模式，在FPGA芯片的控制下，利用PID算法反方向推动两轴伺服电机，对XY平面方向进行插补，运动中实现动态平衡。图1为闭环调节输入/输出部分，图2为PID运算，图3为X轴伺服闭环调节程序图。0 引言民用无线宽带网络通信设备在传输距离超过20KM时称为远程传输，为实现高传输速率，一般选择厘米波、毫米波等微波传输频段。由于受到无线频谱物理条件限制，往往只能做到视距传输，一般采用高增益碟形天线来提高传输效能。实践证明，在天线增益达到35DBi左右时，微波的发射角度一般在3.5o范围内，随着天线增益的提高，大幅度降低微波发射的角度。为了实现视距传输，需要采用增高架或天线塔等安装碟形天线，但是，在大风等不良天气环境下，天线塔随风大幅度摆动，往往导致天线无法对准，网络通信传输速率会大幅度下降，丢包率提高甚至会出现断网情况。本文介绍一种快速响应的自平衡系统平台电路设计，采用全数字化闭环伺服控制，高精度电动驱动系统及平台组合，保证平台系统的柔性和高效率。该系统的工作核心是姿态倾角的测量及系统本体的动力控制，主要面向无线通信领域，与无线网络通信天线系统配套的平台系统，能够很好地解决基金项目：山东省技工教育和职业培训科研课题（RSJY2020—Y119）。作者简介：李秀莲，山东劳动职业技术学院，讲师，硕士；研究方向：电气控制。通信作者：周照君，山东劳动职业技术学院，副教授，硕士；研究方向：电气控制。收稿日期：2021-11-03；修回日期：2022-01-27。摘要：基于高精度与柔性电动驱动系统与平台组合，设计一种高效率的平台自平衡系统。通过陀螺仪对角度状态参数的实时测量，同时角度（指北仪）传感器跟踪补正，进行整体控制，伺服驱动器驱动伺服电机作用于十字滑台，使系统（天线杆体）保持水平平衡。采用自动控制模式，在FPGA芯片的控制下，通过PID算法反方向推动两轴伺服电机，对XY平面方向进行插补，运动中实现动态平衡。关键词：平台自平衡系统，角度传感器，伺服电机。中图分类号：TP274，TP212 文章编号：1674-2583(2022)02-0026-03DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2022.02.009文献引用格式：李秀莲，周照君.一种自平衡系统的电路设计与实现[J].集成电路应用, 2022, 39(02): 26-28.一种自平衡系统的电路设计与实现李秀莲，周照君 （山东劳动职业技术学院，山东 250022）

基于PLC的电动缸伺服控制系统设计

魏艳红;韩丽洁;许昌

【摘 要】针对自主研发的一款电动缸,用PLC及伺服驱动器进行程序设计,实现电动缸平台高、低速往复的定位运动.方法是借助FX3G-232-BD通信扩展板接收数据,在文件寄存器中建立数据表,并利用变址寄存器调用.动作编程时,只需修改数据,即可改变电动缸的定位功能,与程序无关.实验表明该方法简便快捷,便于数据的添加和更改,优化了程序结构.

【期刊名称】《电气传动》

【年(卷),期】2014(044)010

【总页数】4页(P60-63)

【关键词】电动缸;伺服控制;可编程控制器

【作 者】魏艳红;韩丽洁;许昌

【作者单位】中国计量学院机电工程学院,浙江杭州310018;中国计量学院机电工程学院,浙江杭州310018;中国计量学院机电工程学院,浙江杭州310018

【正文语种】中 文

【中图分类】TP215

电动缸的工作原理是将电机的回转运动转化为丝杠的直线往复运动。较之液压和气动两种传统的驱动方式，电动缸直接由伺服驱动器控制，不需要油、气等中间传输介质，性能不受环境温度、流体介质等因素影响，比较稳定；同时系统使用220 V（单相或三相）交流电源，电机和伺服驱动器之间连线也非常简单，不再需要油泵、管路等其他附属设施，减小了设施投入和维护费用，便于安装和拆卸［1］。并且随着关键元器件的发展和技术的成熟，电动缸已突破了高价格、小功率的范围，最大出力可达500 kN，最高速度2 000 mm/s，总效率可高达65%～75%，较之液压系统效率提高了20个百分点，同时在低速平稳性、噪声、寿命等方面也有了很大的提升。新的执行器产品噪声等级已低于45 dB，几乎与普通图书馆环境噪声相同，实现了电动缸产品在低噪声方向的新突破［2］。

本文针对自主研发的一款电动缸，其性能参数如下：测试负载250 kg，行程150

mm，满量程运行时间0.8 s，通过进行一系列的三自由度老化试验、定位测试，旨在考核电动缸的负载能力、抗磨损程度、定位能力和可靠性等指标。该系统选用FX3G系列PLC，设计高、低速的定位程序。对数据进行处理，利用FX3G-232-BD通信扩展板，接收上位机的数据，以脉冲个数、脉冲频率和延迟时间3个一组，把数据保存到文件寄存器中，定位指令依次调用每组数据即可。实验证明该方法大大缩短了程序步骤，并且便于数据的添加和更改。只需修改每组的数据，即可改变电动缸的定位功能，而不必修改程序。

第２９卷第６期　２０１２年６月　机　电　工　程　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．２９　Ｎｏ．６　Ｊｕｎ．２０１２　采用伺服电机的电子凸轮控制系统设计　柏淑红　（成都电子机械高等专科学校电气与电子工程系，四川成都６１００２７）　摘要：针对传统机械凸轮存在的难加工、易磨损、难维护的问题，采用伺服电机设计了电子凸轮先进控制系统。该系统硬件采用德国　倍福伺服运动控制实验平台，由嵌入式Ｐｃ、数字伺服驱动器、永磁同步伺服电机、滚珠丝杠直线平台等组成，控制系统采用位置环、　速度环、电流环三环控制模式，根据内部虚拟主轴的位移和电子凸轮表插值计算出了从轴伺服电机的位置指令、速度指令，模拟实际　凸轮轨迹实现滚珠丝杠直线往复运动，并在上升和下降阶段采用五次多项式作为插值函数，保证了速度曲线、加速度曲线存在且连　续，提高了机构运动性能。实验结果表明，采用电子凸轮方案后，丝杠在位移精度和反应速度方面均能获得良好效果，可以把跟随误　差控制在０．００５　ｍｍ内，证明采用电子凸轮代替原有机械直动推杆凸轮是可行的。　关键词：伺服运动；电子凸轮；轨迹插补；虚拟主轴　中图分类号：ＴＨ１１２；ＴＨ３９　文献标志码：Ａ　文章编号：１００１—４５５１（２０１２）０６—０６８９—０４　１　●　．＇　’　・　－　・　ｌ　・　１　１　・　ＪＪｅｓｌ２ｎ　０ｔ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃａｍ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　０ｎ　ｓｅｒｖｏ—ｍｏｔｏｒ　ＢＡＩ　Ｓｈｕ－ｈｏｎｇ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００２７，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｔｈｅ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｃａｍ：ｄｉｆｉｃｕｌｔ　ｔｏ　ｍａｃｈｉｎｅ　ａｎｄ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ，ｅｓａｙ　ｔｏ　ｗｅａｒ，ａｎ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ－ｃａｍ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｃａｍ　ｕｓｅｄ　ＢＥＣＫＨＯＦＦ　ｓｅｒｖｏ　ｍｏｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｗｈｉｃｈ　ｃｏｎｓｉｓｔｅｄ　ｏｆ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ＰＣ，ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｅｒｖｏ　ｄｒｉｖｅｓ，ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｓｅｒｖｏ　ｍｏｔｏｒ，ｂａｌｌ　ｓｃｒｅｗ　ｌｉｎｅａｒ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ．Ａ　ｔｈｒｅｅ－ｌｏｏｐ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｏｄｅ（ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｌｏｏｐ，ｓｐｅｅｄ　ｌｏｏｐ　ａｎｄ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｌｏｏｐ）ｗａｓ　ｅｍｐｌｏｙｅｄ．Ｔｈｅ　ｓｅｒｖｏ－ｍｏｔｏｒ　Ｓ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｐｅｅｄ　ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ　ｗｅｒｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｔｏ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ｒｅａｌ　ｃａｍ　ｓ　ｔｒａｃｋ　ｂｙ　ｉｎｎｅｒ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｓｈａｆｔ　Ｓ　ｄｉｓｐｌａｃｅ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ－ｃａｍ　Ｓ　ｔａｂｌｅ，ｗｈｉｃｈ　ｄｒｉｖｅ　ｔｈｅ　ｂａｌｌ　ｓｃｒｅｗ　ｍｏｖｅ　ｓｔｒａｉｇｈｔｌｙ　ｂａｃｋ　ａｎｄ　ｆｏｒｔｈ．Ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｉｎｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｅｅｄ　ｃｕｒｖｅ　ａｎｄ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ　ｃｕｒｖｅ，ａ　ｆｉｖｅ　ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ　ｗａｓ　ａｄｏｐｔｅｄ　ａｓ　ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｉｓｉｎｇ　ａｎｄ　ｆａｌｌｉｎｇ　ｐｈａｓｅｓ，ｗｈｉｃｈ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｋｉｎｅｍａｔｉｃａｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅ　ｔｈａｔ　ｗｈｅｎ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｃａｍ　ｐｌａｎ，ｓｃｒｅｗ　ｃａｎ　ｇｅｔ　ｔｈｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｐｒｅｃｉｓｅｌｙ，ａｎｄ　ｒｅａｃｔ　ｒａｐｉｄｌｙ．Ｔｒａｃｋｉｎｇ　ｅｒｒｏｒ　ｗａｓ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｗｉｔｈｉｎ　０．００５　ｍｍ．Ｉｔ　ｐｒｏｖｅｓ　ｔｈａｔ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｃａｍ　ｔｏ　ｒｅｐｌａｃｅ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｃａｍ　ｉｓ　ｆｅａｓｉｂｌｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｅｒｖｅ　ｍｏｔｉｏｎ；ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｃａｍ；ｐａｔｈ　ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ；ｖｉｒｔｕａｌ　ｐｒｉｎｃｉｐａｌ　ａｘｉｓ　０引　言　对于传统的凸轮机构，只要设计者设计出合适的　凸轮轮廓，就能使从动杆按照工作要求完成各种复杂　的运动，包括直线运动、摆动、等速运动和不等速运　动。它已广泛应用在各种机械装置中…。但是由于凸　轮机构是高副点、线接触，存在着易磨损、难维护的不　足，且凸轮加工麻烦，缺乏柔性　。目前，伺服运动控　制系统的电子凸轮功能可以实现从动杆直线往复运　动，替代原有通过凸轮产生从动杆直线运动的机械机　构，来达到高速精确控制、柔性化设计、降低维护成本　的目的，并获得广泛的应用口　。　本研究设计电子凸轮推杆机构的控制系统，该系　统由嵌人式ＰＣ、数字伺服驱动器、永磁同步伺服电机、　滚珠丝杠直线平台等组成。上位机为嵌人式ＰＬＣ，借　助其强大运算处理能力可以进行运动轨迹规划、运动　程序编译运算和插补运算等。下位控制器为基于ＤＳＰ　的数字伺服驱动器。数字伺服驱动器可以与伺服电　机、旋转变压器一起构成位置环、速度环、电流环的三　闭环控制。同时，本研究通过ＥｔｈｅｒＣＡＴ总线在上位　收稿日期：２０１１－１２—０９　作者简介：柏淑红（１９８０一），女，四川成都人，主要从事电力电子与电机系统方面的研究．Ｅ—ｍａｉｌ：ｋｙｈ２０００＠ｔｏｍ．ｃｏｒｎ

汽车电动助力转向系统性能测试系统设计

廖林清;石宏春;张君;王伟

【摘 要】根据汽车电动助力转向系统性能测试台架试验要求,采用VB6.0作为测试系统软件开发平台,以MPC08SP运动控制器作为交流伺服电机的上位控制单元对输入端转角、转速等进行控制,采用电液比例控制方式对输出端力、速度等进行加载,实现不同工况下转向阻力矩的模拟加载.最后对某技术成熟的电动助力转向系统进行性能测试.试验结果表明:该测试台架能稳定运行、测试精度高,可快速地实现电动助力转向系统自动化测试.%According to EPS performance test bench test

requirements,VB6.0 is used as the test system software development

platform,MPC08SP motion controller is used as the upper control unit of

AC servo motor to realize input end drive control, and electro-hydraulic

proportional control technology is used to realize the output end Drive

control to realize the simulation loading of the performance of the electric

power steering system in different working conditions.Finally,through a

performance test of a mature electric power steering system

technology.The test results show that the test system can operate stably